電力場效應管（Power Field-Effect Transistor，簡稱Power FET），特別是其中的絕緣柵型場效應管（MOSFET），在電力電子領域因其高速開關能力和高能效而得到廣泛應用。MOSFET的動態特性及其相關參數對于理解其在電路中的行為和優化系統性能至關重要。以下是對電力MOSFET動態特性和主要參數的詳細闡述。

一、動態特性

MOSFET的動態特性主要涉及其在開關過程中的表現，包括開通和關斷過程的時間延遲、電壓和電流的變化等。這些特性對于設計高速、高效的電力電子系統至關重要。

1. 開通過程

MOSFET的開通過程可以分為開通延遲時間（td(on)）和上升時間（tr）兩個階段。

• 開通延遲時間（td(on)） ：這是指從柵源電壓（VGS）開始上升（通常定義為上升到其穩態值的10%）到漏源電壓（VDS）開始顯著下降（通常定義為下降到其穩態值的90%）之間的時間間隔。在這一階段，柵極電容開始充電，但VGS尚未達到閾值電壓（UT），因此MOSFET尚未開始導通，VDS保持不變。
• 上升時間（tr） ：這是指VDS從90%的穩態值下降到10%的穩態值所需的時間。在這一階段，VGS繼續上升并超過UT，MOSFET開始導通，VDS迅速下降，漏極電流（ID）迅速增加。值得注意的是，在上升過程中，由于米勒效應（Miller Effect）的存在，VGS可能會保持在一個相對穩定的平臺（米勒平臺）上一段時間，導致ID的增加速度放緩。

2. 關斷過程

MOSFET的關斷過程與開通過程相反，也可以分為關斷延遲時間（td(off)）和下降時間（tf）兩個階段。

• 關斷延遲時間（td(off)） ：這是指從VGS開始下降（通常定義為下降到其穩態值的90%）到VDS開始顯著上升（通常定義為上升到其穩態值的10%）之間的時間間隔。在這一階段，柵極電容開始放電，但VGS尚未降低到UT以下，因此MOSFET仍然保持導通狀態，VDS保持不變。
• 下降時間（tf） ：這是指VDS從10%的穩態值上升到90%的穩態值所需的時間。在這一階段，VGS繼續下降并低于UT，MOSFET開始關斷，VDS迅速上升，ID迅速減小。

二、主要參數

1. 柵極電荷（Qg）

柵極電荷是指為導通MOSFET而注入到柵極電極的電荷量，也稱為總柵極電荷。它包括Qgs（柵極-源極的電荷量）和Qgd（柵極-漏極的電荷量，也稱米勒電荷量）。總柵極電荷量越大，則導通MOSFET所需的電容充電時間越長，開關損耗增加。反之，總柵極電荷量越小，開關損耗就越小，有利于實現高速開關。

2. 電容參數

• Ciss（輸入電容） ：這是柵極與源極和漏極之間的總電容，等于Cgs（柵極-源極電容）和Cgd（柵極-漏極電容）之和。Ciss對MOSFET的開關速度有重要影響，因為它決定了柵極電壓的變化速度。
• Coss（輸出電容） ：這是漏極與源極之間的總電容，等于Cds（漏極-源極電容）和Cgd之和。Coss主要影響MOSFET的關斷速度和輸出特性。
• Crss（反向傳輸電容） ：這是柵極與漏極之間的電容，也稱為米勒電容。Crss在MOSFET的開關過程中起著重要作用，是導致米勒效應的主要原因。

3. 開關時間

• 開通時間（ton） ：開通時間等于開通延遲時間（td(on)）和上升時間（tr）之和。它表示了MOSFET從接收到開通信號到完全導通所需的總時間。
• 關斷時間（toff） ：關斷時間等于關斷延遲時間（td(off)）和下降時間（tf）之和。它表示了MOSFET從接收到關斷信號到完全關斷所需的總時間。

4. 跨導（gM）

跨導是表示柵源電壓（VGS）對漏極電流（ID）的控制能力，即ID變化量與VGS變化量的比值。跨導是衡量MOSFET放大能力的重要參數，在動態特性中也起著重要作用。

5. 其他參數

• 漏源擊穿電壓（V(BR)DSS） ：這是指當柵源電壓（VGS）為零時，MOSFET的漏極和源極之間所能承受的最大電壓。它是一項極限參數，決定了MOSFET在電路中的耐壓能力。
• 最大耗散功率（PD） ：這是指MOSFET在特定條件下所能承受的最大功率損耗。它限制了MOSFET在長時間工作下的熱穩定性。
• 最大漏源電流（IDSM） ：這是指MOSFET在正常工作條件下所能承受的最大漏源電流。它限制了MOSFET在電路中的電流處理能力。

三、總結

電力場效應管（特別是MOSFET）的動態特性和主要參數對于理解和設計電力電子系統至關重要。動態特性包括開通過程和關斷過程中的時間延遲、電壓和電流變化等，而主要參數則包括柵極電荷、電容參數、開關時間、跨導以及漏源擊穿電壓、最大耗散功率和最大漏源電流等。通過合理選擇和使用具有適當參數的MOSFET，可以優化電路的性能和可靠性。同時，還需要注意MOSFET的保護和散熱問題，以確保其長期穩定運行。